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主塔锚固区设计优化方案

【摘要】:赤峰桥主塔锚固区采用施加环向预应力的构造方式,在精细化分析的基础上,针对普通钢筋及预应力钢筋进行设计。取主塔锚固区一段2 m 长塔身进行有限元分析,采用实体单元模拟混凝土塔身结构。图5-14主塔锚固区有限元计算模型分析结果表明,在桥塔自重、斜拉索拉力等荷载作用下,主塔顺桥向近洞口处拉应力较大,最大拉应力为10 MPa。图5-15主塔截面顺桥向及横桥向应力分布根据实体模型计算结果设计环向预应力束,如图5-16 所示。

赤峰桥索塔锚固段采用混凝土箱形截面,在构造上通常有以下两种处理办法。

(1)在箱内壁设混凝土支撑牛腿,上置钢梁(钢扁担),两边拉索拉在钢梁上。拉索垂直分力通过支撑牛腿传递给索塔箱梁侧壁,水平分力通过钢梁互相抵消。这样做的缺点有:[3]钢梁构造复杂,加工要求高,造价高,养护维修工作量大;②占用空间大,需要加大索塔体积;③对于空间索面,由于两边拉索不在同一平面内,其构造、布置、安装等都十分困难;④两边拉索倾角不同,恒载和活载作用下索力的水平分力并不相等,塔壁会承受不平衡水平力,对结构不利。

(2)将拉索锚固在混凝土塔壁上,在塔壁内施加应力,用以抵抗顺索方向内壁的拉应力和横索方向内壁的弯曲应力。预应力的施加方式包括直索式、环索式或两种的组合。这样做的缺点是:凝土塔处设置的预应力索皆为短索,锚头较多,对于弯索,索半径较小,预应力损失较大,预应力效率低。③塔身为压弯构件,锚区存在多处局部集中应力,如果再承受上千吨水平拉力和预压应力,将使主塔锚区受力状态和钢筋布置十分复杂,增加锚区设计和施工难度。

赤峰桥主塔锚固区采用施加环向预应力的构造方式,在精细化分析的基础上,针对普通钢筋及预应力钢筋进行设计。取主塔锚固区一段2 m 长塔身进行有限元分析,采用实体单元模拟混凝土塔身结构。主塔锚固区有限元计算模型如图5-14 所示。

图5-14 主塔锚固区有限元计算模型

分析结果表明,在桥塔自重、斜拉索拉力等荷载作用下,主塔顺桥向近洞口处拉应力较大,最大拉应力为10 MPa。主塔横桥向外侧区域拉应力较大,最大拉应力约为6 MPa,如图5 - 15所示。

图5-15 主塔截面顺桥向及横桥向应力分布

根据实体模型计算结果设计环向预应力束,如图5-16 所示。

在环向预应力作用下,主塔应力状态得到极大改善,主塔全截面处于受压状态,压应力为1.2~6.3 MPa 之间。

图5-16 环向预应力束平面布置图(单位:cm)

采取以下构造措施提高主塔锚固区塔身的受力性能:塔内内腔增加三排精轧螺纹钢,增强主塔两侧壁的抗拉能力;塔内内腔四壁增加一排井字形普通钢筋,增强内壁的抗压、抗剪和角部抗拉能力;塔内内腔四个角点处增加15 cm×15 cm 抹角,增强角点处的抗拉能力。